JP6108690B2

JP6108690B2 - 差動伝送回路及び電子機器

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Publication number: JP6108690B2
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Inventors: 武井出
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Description

本発明は、互いに逆位相の第１信号及び第２信号からなる差動信号の伝送に用いられる差動伝送回路及び差動伝送回路を備えた電子機器に関する。

近年、デジタル複写機やデジタルカメラは、高速化・高精細化を実現するため、大容量のデジタル信号を高速に伝送する必要がある。そのため、デジタル信号を出力するドライバＩＣ内部で同時スイッチングする素子数が増大し、かつ、そのスイッチング周期も高速化している。これらの大規模で高速に動作するＩＣを安定動作させるためには、ＩＣに供給する電源電圧を安定させる必要がある。そのため、プリント配線板上に実装されたＩＣの近傍には、多数のコンデンサが配置され、ＩＣの電源電圧を安定化させている。

上記コンデンサとＩＣは、プリント配線板上の電源配線とグラウンド配線を介して接続されている。そのため、コンデンサからＩＣへ供給される高周波電流が、これらの配線の寄生インダクタンス成分に流れることで電源電位変動（電源ノイズ）が引き起こされる。これらの電源ノイズは、同プリント配線板上に接続されたケーブル等をアンテナとして不要放射ノイズ（ＥＭＩ：ＥｌｅｃｔｒｏＭａｇｎｅｔｉｃＩｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）を発生させ、他の電子機器の誤動作の原因となる恐れがある。そのため、電源ノイズに起因したＥＭＩを抑制する必要がある。

一方、高速なデジタル信号の伝送には、外来の電磁波ノイズに対する耐性が強く、かつ、放射ノイズ量も少ない差動伝送方式が広く用いられており、様々な規格が存在している。一般的な例として、以下のようなものが挙げられる。ＰＥＣＬ（Ｐｓｅｕｄｏ−ＥｍｉｔｔｅｒＣｏｕｐｌｅｄＬｏｇｉｃ）。ＬＶＤＳ（ＬｏｗＶｏｌｔａｇｅＤｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌＳｉｇｎａｌｉｎｇ）。ＰＣＩ−ｅｘｐｒｅｓｓ（ＰｅｒｉｐｈｅｒａｌＣｏｍｐｏｎｅｎｔＩｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ）。

これらの差動伝送方式には、コストや消費電力、規定されている信号振幅や周波数帯域など規格によって様々な特徴があるため、送信側／受信側で各々用途に合わせて別々の伝送規格が用いられる場合がある。それぞれの規格によって規定されている信号レベル（信号振幅、中心電圧）が異なるため、送信側から出力された信号の信号レベルを受信側の規格に合わせる回路、つまり、レベルシフト回路を設ける必要がある。

従来、差動伝送におけるレベルシフト回路は、差動信号用配線１線路あたりに３つの抵抗素子からなる抵抗群を電源配線とグラウンド配線との間に２つ並列させて、合計６つの抵抗素子で構成されていた（特許文献１参照）。このレベルシフト回路において、差動信号用配線に接続された各抵抗の値を調整することで、送信側から出力された信号の直流電圧レベルを受信側の規格に合わせることができるというものである。

特開２００７−３２４７９９号公報

しかしながら、上記特許文献１では、レベルシフト回路において電源配線／グラウンド配線と差動信号用配線とが抵抗素子を介して直接接続されるため、電源配線／グラウンド配線で発生した電源ノイズが各抵抗群の抵抗素子を介して差動信号用配線に伝搬する。さらに、差動信号用配線の＋側と−側は、各々、レベルシフト回路の抵抗素子を介して電源配線とグラウンド配線と同電位で接続されるため、差動信号用配線の＋側と−側に生じる電源ノイズは同位相となる。そのため、差動信号用配線におけるケーブル等をアンテナとして不要電磁ノイズが放射される恐れがあった。

そこで、本発明は、各抵抗群に電源ノイズが伝搬するのを抑制し、放射される不要電磁ノイズを低減することを目的とするものである。

本発明は、電源配線と、グラウンド配線と、互いに逆位相の第１信号及び第２信号からなる差動信号の伝送に用いられる第１信号用配線および第２信号用配線と、差動伝送回路と、を備えた電子機器において、前記差動伝送回路は、前記電源配線と前記グラウンド配線との間に設けられ、直列接続された少なくとも３つの第１抵抗素子を有し、前記第１信号用配線が、前記少なくとも３つの第１抵抗素子のいずれかの間に接続されて、前記第１信号の直流電圧レベルを前記電源配線と前記グラウンド配線との間の電圧レベルにシフトさせる第１抵抗群と、前記電源配線と前記グラウンド配線との間に設けられ、直列接続された少なくとも３つの第２抵抗素子を有し、前記第２信号用配線が、前記少なくとも３つの第２抵抗素子のいずれかの間に接続されて、前記第１信号の直流電圧レベルを前記電源配線と前記グラウンド配線との間の電圧レベルにシフトさせる第２抵抗群と、前記電源配線及び前記グラウンド配線のうちの一方の配線と前記第１抵抗群の一端との間に接続された第１コイル部と、前記一方の配線と前記第２抵抗群の一端との間に接続され、前記第１コイル部に磁気的に結合された第２コイル部と、を有する第１コモンモードチョークコイルと、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、コモンモードチョークコイルにより、電源配線及びグラウンド配線のうちの一方の配線と各抵抗群との間の同位相成分に対するインピーダンスが高められている。したがって、一方の配線で発生した電源ノイズが各抵抗群へ伝搬するのを抑制することができ、放射される不要電磁ノイズを低減することができる。

本発明の第１実施形態に係る差動伝送回路を有する電子機器の概略構成を示す説明図である。本発明の第１実施形態に係る差動伝送回路を備えた電子機器の回路構成を示す電気回路図である。本発明の第２実施形態に係る差動伝送回路を備えた電子機器の回路構成を示す電気回路図である。本発明の第３実施形態に係る差動伝送回路を備えた電子機器の回路構成を示す電気回路図である。本発明の第４実施形態に係る差動伝送回路を有する電子機器の概略構成を示す説明図である。実施例１の電子機器の回路モデルを示した電気回路図である。周波数に対する同位相のノイズ電圧を示すグラフであり、（ａ）はコモンモードチョークコイルを配置しない場合、（ｂ）はコモンモードチョークコイルを配置した場合を示している。実施例２の電子機器の回路モデルを示した電気回路図である。周波数に対する同位相のノイズ電圧を示すグラフであり、（ａ）はコモンモードチョークコイルを配置しない場合、（ｂ）はコモンモードチョークコイルを配置した場合を示している。実施例３の電子機器の回路モデルを示した電気回路図である。周波数に対する同位相のノイズ電圧を示すグラフであり、（ａ）はコモンモードチョークコイルを配置しない場合、（ｂ）はコモンモードチョークコイルを配置した場合を示している。

以下、本発明を実施するための形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。

［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係る差動伝送回路を有する電子機器の概略構成を示す説明図である。電子機器１００は、例えば複写機、プリンタ、ファクシミリ、これらのデジタル複合機、或いはデジタルカメラ等である。この電子機器１００は、差動信号を送信する送信回路としての送信側ＩＣ１と、差動信号を受信する受信回路としての受信側ＩＣ３と、差動信号の伝送路に設けられた差動伝送回路２００と、直流電源回路５とを備えている。また、電子機器１００は、送信側ＩＣ１が実装された第１プリント配線板１１１と、受信側ＩＣ３が実装された第２プリント配線板１２１と、を備えている。差動信号は、互いに逆位相の第１信号及び第２信号からなるデジタル信号である。送信側ＩＣ１と受信側ＩＣ３とは、基準となる直流電圧レベルが異なり、送信側ＩＣ１では、第１信号及び第２信号を第１の直流電圧レベルの直流電圧に重畳して出力する。これに対して、受信側ＩＣ３は、第１の直流電圧レベルとは異なる第２の直流電圧レベルを基準に第１信号及び第２信号を受信可能に構成されている。

差動伝送回路２００は、レベルシフト回路８と、コモンモードチョークコイル（第１コモンモードチョークコイル）９とを有している。レベルシフト回路８は、差動信号の直流電圧レベルを、第１の直流電圧レベルから第２の直流電圧レベルに変換して出力するものである。レベルシフト回路８及びコモンモードチョークコイル９は、第１プリント配線板１１１に実装されている。

送信側ＩＣ１は、電源端子１ａ、グラウンド端子１ｂ、２つの信号送信端子１ｃ，１ｄ（第１信号送信端子１ｃ、第２信号送信端子１ｄ）を有している。第１信号送信端子１ｃからは、差動信号のうちの第１信号が送信される。第２信号送信端子１ｄからは、差動信号のうちの第２信号が送信される。受信側ＩＣ３は、電源端子３ａ、グラウンド端子３ｂ、２つの信号受信端子３ｃ，３ｄ（第１信号受信端子３ｃ、第２信号受信端子３ｄ）を有している。第１信号受信端子３ｃからは第１信号が受信され、第２信号受信端子３ｄからは第２信号が受信される。

第１プリント配線板１１１には、電源配線パターン４０１と、グラウンド配線パターン６０１と、第１信号用配線パターン２１１，２１２と、第２信号用配線パターン２２１，２２２とが形成されている。なお、プリント配線板１１１は、単層基板であっても多層基板であってもよく、これら配線は、表層のみに形成されていてもよいし、表層及び内層のいずれかに形成されていてもよい。また、グラウンド配線パターン６０１は、表層又は内層にベタパターンで形成してもよい。

電源配線パターン４０１は、送信側ＩＣ１の電源端子１ａに電気的に接続されている。グラウンド配線パターン６０１は、送信側ＩＣ１のグラウンド端子１ｂに電気的に接続されている。第１信号用配線パターン２１１は、送信側ＩＣ１の第１信号送信端子１ｃ及びレベルシフト回路８に電気的に接続され、第１信号用配線パターン２１２は、レベルシフト回路８に電気的に接続されている。第２信号用配線パターン２２１は、送信側ＩＣ１の第２信号送信端子１ｄ及びレベルシフト回路８に電気的に接続され、第２信号用配線パターン２２２は、レベルシフト回路８に電気的に接続されている。

第２プリント配線板１２１には、電源配線パターン４０２と、グラウンド配線パターン６０２と、第１信号用配線パターン２１４と、第２信号用配線パターン２２４とが形成されている。なお、プリント配線板１２１は、単層基板であっても多層基板であってもよく、これら配線は、表層のみに形成されていてもよいし、表層及び内層のいずれかに形成されていてもよい。また、グラウンド配線パターン６０２は、表層又は内層にベタパターンで形成してもよい。

電源配線パターン４０２は、受信側ＩＣ３の電源端子３ａに電気的に接続されている。グラウンド配線パターン６０２は、受信側ＩＣ３のグラウンド端子３ｂに電気的に接続されている。第１信号用配線パターン２１４は、受信側ＩＣ３の第１信号受信端子３ｃに電気的に接続されている。第２信号用配線パターン２２４は、受信側ＩＣ３の第２信号受信端子３ｄに電気的に接続されている。

第１プリント配線板１１１と第２プリント配線板１２１とはケーブルで接続されており、第２プリント配線板１２１と直流電源回路５とはケーブルで接続されている。なお、直流電源回路５は、第１プリント配線板１１１又は第２プリント配線板１２１に実装されていてもよい。

以下具体的に説明すると、電源ケーブル４０３の一端が第１プリント配線板１１１の電源配線パターン４０１に電気的に接続され、他端が第２プリント配線板１２１の電源配線パターン４０２に電気的に接続されている。更に、電源ケーブル４０４の一端が第２プリント配線板１２１の電源配線パターン４０２に電気的に接続され、他端が直流電源回路５の＋極端子５ａに電気的に接続されている。つまり、直流電源回路５の＋極端子５ａは、電源ケーブル４０４、電源配線パターン４０２を介して受信側ＩＣ３の電源端子３ａに電気的に接続されている。また、直流電源回路５の＋極端子５ａは、電源ケーブル４０４、電源配線パターン４０２、電源ケーブル４０３、電源配線パターン４０１を介して送信側ＩＣ１の電源端子１ａに電気的に接続されている。

また、グラウンドケーブル６０３の一端が第１プリント配線板１１１のグラウンド配線パターン６０１に電気的に接続され、他端が第２プリント配線板１２１のグラウンド配線パターン６０２に電気的に接続されている。更に、グラウンドケーブル６０４の一端が第２プリント配線板１２１のグラウンド配線パターン６０２に電気的に接続され、他端が直流電源回路５の−極端子５ｂに電気的に接続されている。つまり、直流電源回路５の−極端子５ｂは、グラウンドケーブル６０４、グラウンド配線パターン６０２を介して受信側ＩＣ３のグラウンド端子３ｂに電気的に接続されている。また、直流電源回路５の−極端子５ｂは、グラウンドケーブル６０４、グラウンド配線パターン６０２、グラウンドケーブル６０３、グラウンド配線パターン６０１を介して送信側ＩＣ１のグラウンド端子１ｂに電気的に接続されている。

また、第１信号用配線ケーブル２１３の一端が第１プリント配線板１１１の第１信号用配線パターン２１２に電気的に接続され、他端が第２プリント配線板１２１の第１信号用配線パターン２１４に電気的に接続されている。これにより、第１信号送信端子１ｃから送信された第１信号は、第１信号用配線パターン２１１、レベルシフト回路８、第１信号用配線パターン２１２、第１信号用配線ケーブル２１３、第１信号用配線パターン２１４を介して第１信号受信端子３ｃに伝送される。

また、第２信号用配線ケーブル２２３の一端が第１プリント配線板１１１の第２信号用配線パターン２２２に電気的に接続され、他端が第２プリント配線板１２１の第２信号用配線パターン２２４に電気的に接続されている。これにより、第２信号送信端子１ｄから送信された第２信号は、第２信号用配線パターン２２１、レベルシフト回路８、第２信号用配線パターン２２２、第２信号用配線ケーブル２２３、第２信号用配線パターン２２４を介して第２信号受信端子３ｄに伝送される。

図２は、本発明の第１実施形態に係る差動伝送回路を備えた電子機器の回路構成を示す電気回路図である。本第１実施形態では、図２に示す電源配線４は、図１に示す電源配線パターン４０１、電源ケーブル４０３、電源配線パターン４０２及び電源ケーブル４０４で構成されている。また、図２に示すグラウンド配線６は、図１に示すグラウンド配線パターン６０１、グラウンドケーブル６０３、グラウンド配線パターン６０２、及びグラウンドケーブル６０４で構成されている。また、図２に示す第１信号用配線２１は、図１に示す第１信号用配線パターン２１１、第１信号用配線パターン２１２、第１信号用配線ケーブル２１３、第１信号用配線パターン２１４で構成されている。また、図２に示す第２信号用配線２２は、図１に示す第２信号用配線パターン２２１、第２信号用配線パターン２２２、第２信号用配線ケーブル２２３、第２信号用配線パターン２２４で構成されている。そして、第１信号用配線２１及び第２信号用配線２２により差動信号用配線２が構成されている。

レベルシフト回路８は、第１抵抗群８１及び第２抵抗群８２からなる。第１抵抗群８１は、３つの抵抗素子８１１，８１２，８１３が直列接続されて構成されている。また、第２抵抗群８２は、３つの抵抗素子８１４，８１５，８１６が直列接続されて構成されている。

そして、差動信号用配線２における第１信号用配線パターン２１１（図１）が、第１抵抗群８１の抵抗素子８１２と抵抗素子８１３との接続点Ａに接続されている。また、第１信号用配線パターン２１２（図１）が、抵抗素子８１１と抵抗素子８１２との接続点Ｂに接続されている。これにより、第１信号用配線パターン２１１を経て第１抵抗群８１に入力した第１信号の直流電圧レベルは、電源配線４とグラウンド配線６との間の直流電圧を分圧した、接続点Ａにおける第１直流電圧レベルから、接続点Ｂにおける第２直流電圧レベルに昇圧される。そして、第１信号用配線パターン２１２、第１信号用配線ケーブル２１３及び第１信号用配線パターン２１４を経て受信側ＩＣ３の第１信号受信端子３ｃに出力される。このように、第１抵抗群８１は、電源配線４とグラウンド配線６との間の直流電圧を分圧した電圧レベルに、第１信号の直流電圧レベルをシフトさせる。

また、差動信号用配線２における第２信号用配線パターン２２１（図１）が、第２抵抗群８２の抵抗素子８１５と抵抗素子８１６との接続点Ｃに接続されている。また、第２信号用配線パターン２２２（図１）が、抵抗素子８１４と抵抗素子８１５との接続点Ｄに接続されている。これにより、第２信号用配線パターン２２１を経て第２抵抗群８２に入力した第２信号の直流電圧レベルは、電源配線４とグラウンド配線６との間の直流電圧を分圧した、接続点Ｃにおける第１直流電圧レベルから、接続点Ｄにおける第２直流電圧レベルに昇圧される。そして、第２信号用配線パターン２２２、第２信号用配線ケーブル２２３及び第２信号用配線パターン２２４を経て受信側ＩＣ３の第２信号受信端子３ｄに出力される。このように、第２抵抗群８２は、電源配線４とグラウンド配線６との間の直流電圧を分圧した電圧レベルに、第２信号の直流電圧レベルをシフトさせる。

したがって、送信側ＩＣ１から送信された差動信号は、レベルシフト回路８で電圧レベルがシフトされて受信側ＩＣ３に向けて伝送され、受信側ＩＣ３に受信される。

本第１実施形態では、図２に示すように、電源配線４とレベルシフト回路８との間に、コモンモードチョークコイル９を配置している。このコモンモードチョークコイル９は、一方の配線である電源配線４と第１抵抗群８１の一端８１ａとを接続する第１コイル部９１と、電源配線４と第２抵抗群８２の一端８２ａとを接続する第２コイル部９２とを有している。具体的に説明すると、第１コイル部９１の一端が電源配線４に電気的に接続され、第１コイル部９１の他端が第１抵抗群８１の一端８１ａに電気的に接続されている。また、第２コイル部９２の一端が電源配線４に電気的に接続され、第２コイル部９２の他端が第２抵抗群８２の一端８２ａに電気的に接続されている。このように、第１抵抗群８１の一端８１ａは、第１コイル部９１を介して電源配線４に接続され、第２抵抗群８２の一端８２ａは、第２コイル部９２を介して電源配線４に接続されている。

第１コイル部９１と第２コイル部９２とは、磁気的に結合されており、巻線方向が同一方向である。なお、第１抵抗群８１の他端８１ｂは、グラウンド配線６に電気的に接続され、第２抵抗群８２の他端８２ｂは、グラウンド配線６に電気的に接続されている。

電源配線４に発生した電源ノイズ（電源電位変動）は、同位相で各コイル部９１，９２に伝搬することになるが、本第１実施形態では、一対のコイル部９１，９２でコモンモードチョークコイル９が構成されている。したがって、同位相のノイズに対しては、コモンモードチョークコイル９の各コイル部９１，９２は、高インピーダンスとなる。

電源配線４に発生した電源ノイズに対しては、高インピーダンスとなるコモンモードチョークコイル９により各抵抗群８１，８２への伝搬が抑制される。ゆえに、各抵抗群８１，８２を介して差動信号用配線２に伝搬するノイズが低減され、その結果、ケーブル２１３，２２３において放射される不要電磁ノイズが低減する。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態に係る差動伝送回路を備えた電子機器について説明する。図３は、本発明の第２実施形態に係る差動伝送回路２００Ａを備えた電子機器１００Ａの回路構成を示す電気回路図である。なお、本第２実施形態において、上記第１実施形態と同様の構成については、同一符号を付して説明を省略する。

上記第１実施形態では、コモンモードチョークコイル９を電源配線４とレベルシフト回路８との間に配置した場合について説明した。本第２実施形態では、図３に示すように、グラウンド配線６とレベルシフト回路８との間に、コモンモードチョークコイル９を配置している。このコモンモードチョークコイル９は、一方の配線であるグラウンド配線６と第１抵抗群８１の一端８１ｃとを接続する第１コイル部９１と、グラウンド配線６と第２抵抗群８２の一端８２ｃとを接続する第２コイル部９２とを有している。

具体的に説明すると、第１コイル部９１の一端がグラウンド配線６に電気的に接続され、第１コイル部９１の他端が第１抵抗群８１の一端８１ｃに電気的に接続されている。また、第２コイル部９２の一端がグラウンド配線６に電気的に接続され、第２コイル部９２の他端が第２抵抗群８２の一端８２ｃに電気的に接続されている。このように、第１抵抗群８１の一端８１ｃは、第１コイル部９１を介してグラウンド配線６に接続され、第２抵抗群８２の一端８２ｃは、第２コイル部９２を介してグラウンド配線６に接続されている。

第１コイル部９１と第２コイル部９２とは、磁気的に結合されており、巻線方向が同一方向である。なお、第１抵抗群８１の他端８１ｄ及び第２抵抗群８２の他端８２ｄは、電源配線４に接続されている。

グラウンド配線６に発生した電源ノイズ（電源電位変動）は、同位相で各コイル部９１，９２に伝搬することになるが、本第２実施形態では、一対のコイル部９１，９２でコモンモードチョークコイル９が構成されている。したがって、同位相のノイズに対しては、コモンモードチョークコイル９の各コイル部９１，９２は、高インピーダンスとなる。

グラウンド配線６に発生した電源ノイズに対しては、高インピーダンスとなるコモンモードチョークコイル９により各抵抗群８１，８２への伝搬が抑制される。ゆえに、各抵抗群８１，８２を介して差動信号用配線２に伝搬する電源ノイズが低減され、その結果、ケーブル２１３，２２３において放射される不要電磁ノイズが低減する。

［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態に係る差動伝送回路を備えた電子機器について説明する。図４は、本発明の第３実施形態に係る差動伝送回路２００Ｂを備えた電子機器１００Ｂの回路構成を示す電気回路図である。なお、本第３実施形態において、上記第１実施形態と同様の構成については、同一符号を付して説明を省略する。

本第３実施形態の電子機器１００Ｂの差動伝送回路２００Ｂは、レベルシフト回路８と、２つのコモンモードチョークコイル９，９Ａと、を備えている。第１コモンモードチョークコイル９は、上記第１実施形態と同様、電源配線４とレベルシフト回路８との間に配置されている。

第２コモンモードチョークコイル９Ａは、グラウンド配線６とレベルシフト回路８との間に配置されている。この第２コモンモードチョークコイル９Ａは、他方の配線であるグラウンド配線６と第１抵抗群８１の他端８１ｂとを接続する第３コイル部９１Ａと、グラウンド配線６と第２抵抗群８２の他端８２ｂとを接続する第４コイル部９２Ａとを有している。

具体的に説明すると、第３コイル部９１Ａの一端がグラウンド配線６に電気的に接続され、第３コイル部９１Ａの他端が第１抵抗群８１の他端８１ｂに電気的に接続されている。また、第４コイル部９２Ａの一端がグラウンド配線６に電気的に接続され、第４コイル部９２Ａの他端が第２抵抗群８２の他端８２ｂに電気的に接続されている。このように、第１抵抗群８１の他端８１ｂは、第３コイル部９１Ａを介してグラウンド配線６に接続され、第２抵抗群８２の他端８２ｂは、第４コイル部９２Ａを介してグラウンド配線６に接続されている。第３コイル部９１Ａと第４コイル部９２Ａとは、磁気的に結合されており、巻線方向が同一方向である。

電源配線４に発生した電源ノイズ（電源電位変動）は、同位相で各コイル部９１，９２に伝搬することになるが、本第３実施形態では、一対のコイル部９１，９２で第１コモンモードチョークコイル９が構成されている。したがって、同位相のノイズに対しては、第１コモンモードチョークコイル９の各コイル部９１，９２は、高インピーダンスとなる。

一方、グラウンド配線６に発生した電源ノイズ（電源電位変動）は、同位相で各コイル部９１Ａ，９２Ａに伝搬することになるが、本第３実施形態では、一対のコイル部９１Ａ，９２Ａで第２コモンモードチョークコイル９Ａが構成されている。したがって、同位相のノイズに対しては、第２コモンモードチョークコイル９Ａの各コイル部９１Ａ，９２Ａは、高インピーダンスとなる。

電源配線４に発生した電源ノイズに対しては、高インピーダンスとなる第１コモンモードチョークコイル９により各抵抗群８１，８２への伝搬が抑制される。また、グラウンド配線６に発生した電源ノイズに対しては、高インピーダンスとなる第２コモンモードチョークコイル９Ａにより各抵抗群８１，８２への伝搬が抑制される。ゆえに、各抵抗群８１，８２を介して差動信号用配線２に伝搬するノイズが効果的に低減され、その結果、ケーブル２１３，２２３において放射される不要電磁ノイズが効果的に低減する。

［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態に係る差動伝送回路を備えた電子機器について説明する。図５は、本発明の第４実施形態に係る差動伝送回路を有する電子機器の概略構成を示す説明図である。上記第１〜第３実施形態では、送信側ＩＣ１と受信側ＩＣ３とが、同一の直流電源回路５により給電される場合について説明したが、本第４実施形態では、各ＩＣ１，３がそれぞれ別々の直流電源回路により給電される場合について説明する。なお、本第４実施形態において、上記第１実施形態と同様の構成については、同一符号を付して説明を省略する。

本第４実施形態では、電子機器１００Ｃは、第１直流電源回路５Ａおよび第２直流電源回路５Ｂを備えており、第１直流電源回路５Ａは、第１プリント配線板１１１に接続され、第２直流電源回路５Ｂは、第２プリント配線板１２１に接続されている。

具体的には、第１直流電源回路５Ａの＋極端子５ｃは、電源ケーブル４０５を介して第１プリント配線板１１１の電源配線パターン４０１に電気的に接続されている。また、第１直流電源回路５Ａの−極端子５ｄは、グラウンドケーブル６０５を介して第１プリント配線板１１１のグラウンド配線パターン６０１に電気的に接続されている。これにより、送信側ＩＣ１は、第１直流電源回路５Ａにより電力が供給される。なお、直流電源回路５Ａは第１プリント配線板１１１に実装されていてもよい。

第２直流電源回路５Ｂの＋極端子５ｅは、電源ケーブル４０６を介して第２プリント配線板１２１の電源配線パターン４０２に電気的に接続されている。また、第２直流電源回路５Ｂの−極端子５ｆは、グラウンドケーブル６０６を介して第２プリント配線板１２１のグラウンド配線パターン６０２に電気的に接続されている。これにより、受信側ＩＣ３は、第２直流電源回路５Ｂにより電力が供給される。なお、直流電源回路５Ｂは第２プリント配線板１２１に実装されていてもよい。

以上の構成により、本第４実施形態では、上記第１実施形態と同様、電源ノイズが、高インピーダンスとなるコモンモードチョークコイル９により各抵抗群８１，８２への伝搬が抑制される。ゆえに、各抵抗群８１，８２を介して差動信号用配線２に伝搬するノイズが低減され、その結果、ケーブル２１３，２２３において放射される不要電磁ノイズが低減する。

また、第１プリント配線板１１１上の送信側ＩＣ１と第２プリント配線板１２１上の受信側ＩＣ３とが別々の直流電源回路５Ａ，５Ｂにより電力が供給される。これにより、第１プリント配線板１１１と第２プリント配線板１２１とを電源ケーブル及びグラウンドケーブルで接続する必要がない。したがって、電源ケーブル及びグラウンドケーブルを介して電源ノイズが伝搬するのを防止することができる。

なお、本第４実施形態では、電源配線４とレベルシフト回路８との間にコモンモードチョークコイル９を配置した場合について説明したがこれに限定するものではない。上記第２実施形態のように、コモンモードチョークコイルをグラウンド配線６とレベルシフト回路８との間に配置した場合であってもよく、また、上記第３実施形態のように、２つのコモンモードチョークコイルを配置した場合であってもよい。

［実施例１］
図６は、実施例１の電子機器の回路モデルを示した電気回路図である。この実施例１の回路モデルは、上記第１実施形態の電子機器の電気回路をモデル化したものである。以下、図６に示す回路モデルを用いて回路シミュレーションを実施した結果について説明する。なお、図６に示す回路モデルは図１に示した電気回路とほぼ同じであり、図１の構成と異なる部分についてのみ説明する。

送信側ＩＣ１は、市販の差動信号ドライバＩＣのバッファモデル１０とし、受信側ＩＣ３は、抵抗３１，３２とコンデンサ３３とでモデル化し、グラウンド配線の寄生抵抗３４と寄生インダクタンス３５を介してグラウンド配線６に接続されている。

また、電源ノイズが送信側ＩＣ１の駆動電流により発生した場合を仮定して、電源配線４とグラウンド配線６との間に電流源１１と出力インピーダンスとしての抵抗１２及びコンデンサ１３を配置している。それらは送信側ＩＣ１のパッケージの電源側寄生インダクタンス１４、グラウンド側寄生インダクタンス１５を介して電源配線４、グラウンド配線６に接続されている。

更に電源配線４とグラウンド配線６との間には、送信側ＩＣ１を駆動するためのバイパスコンデンサ７１，７２，７３が配置されている。バイパスコンデンサについては、それぞれ寄生抵抗７１１，７２１，７３１及び寄生インダクタンス７１２，７２２，７３２をモデル化している。

また、電源配線４が配線状に形成されていることを仮定し、電源配線４の寄生インダクタンス４１，４２，４３，４４をモデル化している。なお、グラウンド配線６の規制インダクタンスは無視できるものとしている。コモンモードチョークコイル９は市販品のＳＰＩＣＥモデルを用いている。各モデルのパラメータ値は以下の表１で示す値としている。

この回路モデルにおいて、図６に示すコモンモードチョークコイル９を配置した場合と、図６においてコモンモードチョークコイル９を配置しない場合とでの差動信号用配線２に現れる同位相成分の電圧スペクトラムを比較した。その結果を図７に示す。横軸が周波数、縦軸が抵抗３１，３２における同位相成分のノイズ電圧である。図７（ａ）がコモンモードチョークコイル９を配置しない場合、図７（ｂ）がコモンモードチョークコイル９を配置した場合である。電源ノイズの成分である１００ＭＨｚの整数倍のピークがコモンモードチョークコイル９を配置したことにより２０ｄＢ程度減少している。

［実施例２］
図８は、実施例２の電子機器の回路モデルを示した電気回路図である。この実施例２の回路モデルは、上記第２実施形態の電子機器の電気回路をモデル化したものである。以下、図８に示す回路モデルを用いて回路シミュレーションを実施した結果について説明する。なお、図８に示す回路モデルの構成については、図６の回路モデルの構成と異なる部分についてのみ説明する。

実施例２では、グラウンド配線６が配線状に形成されていることを仮定し、グラウンド配線６の寄生インダクタンス６１，６２，６３，６４をモデル化している。なお、電源配線４の寄生インダクタンスは無視できるものとしている。

この回路モデルにおいて、図８に示すコモンモードチョークコイル９を配置した場合と、図８においてコモンモードチョークコイル９を配置しない場合とでの差動信号用配線２に現れる同位相成分の電圧スペクトラムを比較した。その結果を図９に示す。横軸が周波数、縦軸が抵抗３１，３２における同位相成分のノイズ電圧である。図９（ａ）がコモンモードチョークコイル９を配置しない場合、図９（ｂ）がコモンモードチョークコイル９配置した場合である。電源ノイズの成分である１００ＭＨｚの整数倍のピークがコモンモードチョークコイル９を配置したことにより２０ｄＢ程度減少している。

［実施例３］
図１０は、実施例３の電子機器の回路モデルを示した電気回路図である。この実施例３の回路モデルは、上記第３実施形態の電子機器の電気回路をモデル化したものである。以下、図１０に示す回路モデルを用いて回路シミュレーションを実施した結果について説明する。なお、図１０に示す回路モデルの構成については、図６の回路モデルの構成と異なる部分についてのみ説明する。

実施例３では、電源配線４、グラウンド配線６が共に配線状に形成されていることを仮定し、電源配線４の寄生インダクタンス４１，４２，４３，４４、グラウンド配線６の寄生インダクタンス６１，６２，６３，６４をモデル化している。

この回路モデルにおいて、図１０に示すコモンモードチョークコイル９，９Ａを配置した場合と、図１０においてコモンモードチョークコイル９，９Ａを配置しない場合とでの差動信号用配線２に現れる同位相成分の電圧スペクトラムを比較した。その結果を図１１に示す。横軸が周波数、縦軸が抵抗３１，３２における同位相成分のノイズ電圧である。図１１（ａ）がコモンモードチョークコイル９，９Ａを配置しない場合、（ｂ）がコモンモードチョークコイル９，９Ａを配置した場合である。電源ノイズの成分である１００ＭＨｚの整数倍のピークがコモンモードチョークコイル９，９Ａを配置したことにより１０ｄＢ程度減少している。

なお、本発明は、以上説明した実施形態及び実施例に限定されるものではなく、多くの変形が本発明の技術的思想内で当分野において通常の知識を有する者により可能である。

上記第１〜第４実施形態では、差動伝送回路のレベルシフト回路及びコモンモードチョークコイルを第１プリント配線板に実装した場合について説明したが、第２プリント配線板に実装した場合であっても本発明は適用可能である。

また、上記第１〜第４実施形態では、レベルシフト回路の各抵抗群において、差動信号の直流電圧レベルを、第１の直流電圧レベルから第２の直流電圧レベルに昇圧する場合について説明したが、降圧する場合についても本発明適用可能である。

また、上記第１〜第４実施形態では、各抵抗群が、３つの抵抗素子が直列接続されて構成されているが、これに限定するものではなく、各抵抗群が、少なくとも３つの抵抗素子が直列接続されて構成されていればよい。つまり、各抵抗群が、分圧する電圧レベルを調整するために３つの抵抗素子以外に更に別の抵抗素子を備えていてもよい。

また、上記第１〜第４実施形態では、直流電源回路がプリント配線板に実装されていない場合について説明したが、直流電源回路がプリント配線板に実装されていてもよい。

１…送信側ＩＣ（送信回路）、３…受信側ＩＣ（受信回路）、４…電源配線、６…グラウンド配線、８…レベルシフト回路、９…第１コモンモードチョークコイル、９Ａ…第２コモンモードチョークコイル、８１…第１抵抗群、８２…第２抵抗群、９１…第１コイル部、９２…第２コイル部、１００…電子機器、２００…差動伝送回路、８１１，８１２，１１３…抵抗素子、８１１，８１２，８１３…抵抗素子

Claims

電源配線と、グラウンド配線と、互いに逆位相の第１信号及び第２信号からなる差動信号の伝送に用いられる第１信号用配線および第２信号用配線と、差動伝送回路と、を備えた電子機器において、
前記差動伝送回路は、
前記電源配線と前記グラウンド配線との間に設けられ、直列接続された少なくとも３つの第１抵抗素子を有し、前記第１信号用配線が、前記少なくとも３つの第１抵抗素子のいずれかの間に接続されて、前記第１信号の直流電圧レベルを前記電源配線と前記グラウンド配線との間の電圧レベルにシフトさせる第１抵抗群と、
前記電源配線と前記グラウンド配線との間に設けられ、直列接続された少なくとも３つの第２抵抗素子を有し、前記第２信号用配線が、前記少なくとも３つの第２抵抗素子のいずれかの間に接続されて、前記第１信号の直流電圧レベルを前記電源配線と前記グラウンド配線との間の電圧レベルにシフトさせる第２抵抗群と、
前記電源配線及び前記グラウンド配線のうちの一方の配線と前記第１抵抗群の一端との間に接続された第１コイル部と、前記一方の配線と前記第２抵抗群の一端との間に接続され、前記第１コイル部に磁気的に結合された第２コイル部と、を有する第１コモンモードチョークコイルと、を備えたことを特徴とする電子機器。
前記差動伝送回路は、前記電源配線及び前記グラウンド配線のうちの他方の配線と前記第１抵抗群の他端とを接続する第３コイル部と、前記他方の配線と前記第２抵抗群の他端とを接続し、前記第３コイル部に磁気的に結合された第４コイル部と、を有する第２コモンモードチョークコイルを更に備えたことを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
前記差動信号を送信する送信回路と、
前記差動伝送回路を経た前記差動信号を受信する受信回路と、を更に備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の電子機器。
前記第１抵抗群および前記第２抵抗群でレベルシフト回路が構成され、
前記レベルシフト回路の一端側に前記送信回路が設けられ、他端側に前記受信回路が設けられており、電源、前記送信回路、前記レベルシフト回路、及び前記受信回路にてひとつの回路を形成していること特徴とする請求項３に記載の電子機器。
前記送信回路及び前記差動伝送回路が実装された第１プリント配線板と、
前記受信回路が実装された第２プリント配線板と、を更に備えたことを特徴とする請求項３又は４に記載の電子機器。
互いに逆位相の第１信号及び第２信号からなる差動信号の伝送に用いられる差動伝送回路において、
直列接続された少なくとも３つの第１抵抗素子を有し、電源配線とグラウンド配線との間の直流電圧を分圧した電圧レベルに、前記第１信号の直流電圧レベルをシフトさせる第１抵抗群と、
直列接続された少なくとも３つの第２抵抗素子を有し、前記電源配線と前記グラウンド配線との間の直流電圧を分圧した電圧レベルに、前記第２信号の直流電圧レベルをシフトさせる第２抵抗群と、
前記電源配線及び前記グラウンド配線のうちの一方の配線と前記第１抵抗群の一端とを接続する第１コイル部と、前記一方の配線と前記第２抵抗群の一端とを接続し、前記第１コイル部に磁気的に結合された第２コイル部と、を有する第１コモンモードチョークコイルと、を備えたことを特徴とする差動伝送回路。
前記電源配線及び前記グラウンド配線のうちの他方の配線と前記第１抵抗群の他端とを接続する第３コイル部と、前記他方の配線と前記第２抵抗群の他端とを接続し、前記第３コイル部に磁気的に結合された第４コイル部と、を有する第２コモンモードチョークコイルを更に備えたことを特徴とする請求項６に記載の差動伝送回路。